Phototransduktion

Phototransduktion ist der Prozess, durch den Lichtreize in elektrische Signale in den Photorezeptoren der Netzhaut (Stäbchen und Zapfen) umgewandelt werden. Im Dunkelzustand sind die Photorezeptoren depolarisiert und setzen Glutamat in einem konstanten Basalspiegel frei. Bei Lichteinfall wird das Visualpigment in den Rezeptoren aktiviert: Rhodopsin in Stäbchen bzw. Photopsine in Zapfen, deren Retinalanteil (11-cis-Retinal) durch Licht zu all-trans-Retinal isomerisiert wird. Diese Konformationsänderung aktiviert das G-Protein Transducin, das wiederum Phosphodiesterase PDE6 aktiviert. PDE6 spaltet cGMP zu GMP, wodurch der zelluläre cGMP-Spiegel sinkt. Die cGMP-abhängigen Na+/Ca2+-Kanäle schließen, was zur Hyperpolarisation der Photorezeptoren führt und die Glutamatfreisetzung verringert. Die Verringerung der Glutamatgabe moduliert die Aktivität der Bipolar- und Ganglienzellen und erzeugt so ein visuelles Signal.

Nach dem Licht wird all-trans-Retinal von der Bindungsstelle abgetrennt und in das Retinalpigmentepithel transportiert, wo es im Retinoidzyklus zu 11-cis-Retinal regeneriert und wieder mit Opsin zu Rhodopsin bzw. Photopsin gekoppelt wird. Gleichzeitig sorgt der durch Licht sinkende Calciumspiegel in den Rezeptoren für eine Feedbackregulation, die über GCAPs die Guanylylzyklase aktiviert, sodass cGMP wieder aufgebaut wird und die Empfindlichkeit der Zellen an neue Lichtverhältnisse anpasst.

Stäbchen sind hochsensibel und ermöglichen das Sehen bei Nacht (Skotopie). Zapfen tragen drei Typen von Opsinen (S-, M-, L-), die Farbwahrnehmung und höhere Auflösung ermöglichen. Phototransduktion ist damit die grundlegende Signaltransduktion des visuellen Systems und bildet die Grundlage für visuelle Wahrnehmung.